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太阳电他的尝试室效率最高程度为

发布时间:2018/3/20 14:48:52 浏览量:

我国于1958年最先太阳电池的研究,40多年来取得不少成果。目前,我国太阳电他的尝试室效率最高程度为:单晶硅电池20.4%(2cm×2cm),多晶硅电池14.5%(2cm×2cm)、12%(10cm×10cm),GaAs电池 20.1%(lcm×cm),GaAs/Ge电池19.5%(AM0),CulnSe电池9%(lcm×1cm),多晶硅薄膜电池13.6% (lcm×1cm,非活性硅衬底),非晶硅电池8.6%(10cm×10cm)、7.9%(20cm×20cm)、6.2%(30cm×30cm), 二氧化钛纳米有机电池10%(1cm×1cm)。

  太阳能-氢能转换

  氢能是一种高品位能源。太阳能可以通过分解水或其它途径转换成氢能,即太阳能制氢,其主要方法如下:

  1、太阳能电解水制氢。电解水制氢是目前应用较广且比力成熟的方法,效率较高(75%-85%),但耗电大,用常规电制氢,从能量操作而言得不偿失。所以,只有当太阳能发电的成本大幅度下降后,才能实现大规模电解水制氢。

  2、太阳能热分解水制氢。将水或水蒸气加热到3000K以上,水中的氢和氧便能分解。这种方法制氢效率高,但需要高倍聚光器才能获得如此高的温度,一般不采用这种方法制氢。

  3、太阳能热化学循环制氢。为了降低太阳能直接热分解水制氢要求的高温,成长了一种热化学循环制氢方法,即在水中插手一种或几种中心物,然后加热到较低温度,经历不同的反应阶段,最终将水分解成氢和氧,而中心物不用耗,可循环使用。热化学循环分解的温度大致为900-1200K,这是普通旋转抛物面镜聚光器比力轻易达到的温度,其分解水的效率在17.5%-75.5%。存在的主要问题是中心物的还原,即使按99.9%-99. 99%还原,也还要作 0.1%-0.01%的补充,这将影响氢的价格,并造成环境污染。

  4、太阳能光化学分解水制氢。这一制氢过程与上述热化学循环制氢有相似之处,在水中添加某种光敏物质作催化剂,增加对阳光中长 波光能的吸收,操作光化学反应制氢。日本有人操作碘对光的敏感性,设计了一套包罗光化学、热电反应的综 合制氢流程,每小时可产氢97升,效率达10%摆布。

  5、太阳能光电化学电池分解水制氢。1972年,日本本多健一等人操作n型二氧化钛半导体电极作阳极,而以铂黑作阴极,制成太阳能光电化学电池,在太阳光照射下,阴极产生氢气,阳极产生氧气,两电极用导线连接便有电畅通过,即光电化学电池在太阳光的照射下同时实现了分解水制氢、制氧和获得电能。这一尝试成果引起世界各国科学家高度重视, 认为是太阳能技术上的一次冲破。但是,光电化学电池制氢效率很低,仅0.4%,只能吸收太阳光中的紫外光和近紫外光,且电极易受腐蚀,性能不不变,所以至今尚未达到实用要求。

  6、太阳光络合催化分解水制氢。从1972年以来,科学家发现三联毗啶钉络合物的激发态具有电子转移能力,并从络合催化电荷转移反应,提出操作这一过程进行光解水制氢。这种络合物是一种催化剂,它的作用是吸收光能、产生电荷分离、电荷转移和集结,并通过一系列偶联过程,最终使水分解为氢和氧。络合催化分解水制氢尚不成熟,研究工作正在继续进行。

  7、生物光合作用制氢。40多年前发现绿藻在无氧条件下,经太阳光照射可以放出氢气;十多年前又发现,兰绿藻等许多藻类在无氧环境中适应一段时间,在必然条件下都有光合放氢作用。目前,由于对光合作用和藻类放氢机理了解还不够,藻类放氢的效率很低,要实现工程化产氢还有相当大的距离。据估计,如藻类光合作用产氢效率提高到10%,则天天每平方米藻类可产氢9克分子,用5万平方公里接受的太阳能,通过光合放氢工程即可满足美国的全部燃料需要。

  太阳能-生物质能转换

  通过植物的光合作用,太阳能把二氧化碳和水合成有机物(生物质能)并放出氧气。光合作用是地球上最大规模转换太阳能的过程,现代人类所用燃料是远古和当今光合作用固定的太阳能,目前,光合作用机理尚不完全清楚,能量转换效率一般只有百分之几,今后对其机理的研究具有重大的理论意义和实际意义。

  太阳能-机械能转换

  20世纪初,俄国物理学家尝试证实光具有压力。20年代,前苏联物理学家提出,操作在宇宙空间中巨大的太阳帆,在阳光的压力作用下可鞭策宇宙飞船前进,将太阳能直接转换成机械能。科学家估计,在未来10~20年内,太阳帆设想可以实现。通常,太阳能转换为机械能,需要通过中心过程进行间接转换。

  4.3  太阳能贮存

  地面上接受到的太阳能,受气候、昼夜、季节的影响,具有间断性和不不变性。因此,太阳能贮存十分必要,尤其对于大规模操作太阳能更为必要。太阳能不能直接贮存,必需转换成其它形式能量才能贮存。大容量、长时间、经济地贮存太阳能,在技术上比力困难。本世纪初建造的太阳能装置几乎都不考虑太阳能贮存问题,目前太阳能贮存技术也还未成熟,成长比力迟缓,研究工作有待加强。

  热能贮热

  1、显热贮存。操作材料的显热贮能是最简单的贮能方法。在实际应用中,水、沙、石子、土壤等都可作为贮能材料,其中水的比热容最大,应用较多。七八十年代曾有操作水和土壤进行跨季节贮存太阳能的报道。但材料显热较小,贮能量受到必然限制。

  2、潜热贮存。操作材料在相变时放出和吸入的潜热贮能,其贮能量大,且在温度不变情况下放热。在太阳能低温贮存中常用含结晶水的盐类贮能,如10水硫酸钠/水氯化钙、12水磷酸氢钠等。但在使用中要解决过冷和分层问题,以保证工作温度和使用寿命。太阳能中温贮存温度一般在100℃以上、500℃以下,通常在300℃摆布。适宜于中温贮存的材料有:高压热水、有机流体、共晶盐等。太阳能高温贮存温度一般在500℃以上,目前正在试验的材料有:金属钠、熔融盐等。1000℃以上极高温贮存,可以采用氧化铝和氧化锗耐火球。

  3、化学贮热。操作化学反应贮热,贮热量大,体积小,重量轻,化学反应产物可分离贮存,需要时才发生放热反应,贮存时间长。 真正能用于贮热的化学反应必需满足以下条件:反应可逆性好,无副反应;反应迅速;反应生成物易分离且能不变贮存;反应物和生成物无毒、无腐蚀、无可燃性;反应热大,反应物价格低等,目前已筛选出一些化学吸热反应能基本满足上述条件,如Ca(OH)2的热分解反应,操作上述吸热反应贮存热能,用热时则通过放热反应释放热能。但是,Ca(OH)2在大气压脱水反应温度高于500℃,操作太阳能在这一温度下实现脱水十分困难,插手催化剂可降低反应温度,但仍相当高。所以,对化学反应贮存热能尚需进行深入研究,一时难以实用。其它可用于贮热的化学反应还有金属氢化物的热分解反应、硫酸氢铵循环反应等。

  4、塑晶贮热。1984年,美国在市场上推出一种塑晶家庭取暖材料。塑晶学名为新戊二醇(NPG),它和液晶相似,有晶体的三维周期性,但力学性质象塑料。它能在恒定温度下贮热和放热,但不是依靠固一液相变贮热,而是通过塑晶分子构型发生固-固相变贮热。塑晶在恒温44℃时,白日吸收太阳能而贮存热能,晚上则放出白日贮存的热能。 美国对NPG的贮热性能和应用进行了广泛的研究,将塑晶熔化到玻璃和有机纤维墙板中可用于贮热,将调整配比后的塑晶插手玻璃和纤维制成的墙板中,能制冷降温。我国对塑晶也开展了一些尝试研究,但尚未实际应用。

  5、太阳池贮热。太阳池是一种具有必然盐浓度梯度的盐水池,可用于采集和贮存太阳能。由于它简单、造价低和宜于大规模使用,引起人们的重视。60年代以后,许多国家对太阳池开展了研究,以色列还建成三座太阳池发电站。70年代以后,我国对太阳池也开展了研究,初步得到一些应用。

  电能贮存

  电能贮存比热能贮存困难,常用的是蓄电池,正在研究开发的是超导贮能。世界上铅酸蓄电池的发明已有100多年的历史,它操作化学能和电能的可逆转换,实现充电和放电。铅酸蓄电池价格较低,但使用寿命短,重量大,需要经常维护。比来开发成功少维护、免维护铅酸蓄电池,使其性能有必然提高。目前,与光伏发电系统配套的贮能装置,大部门为铅酸蓄电池。1908年发明镍-铜、镍-铁碱性蓄电池,其使用维护便利,寿命长,重量轻,但价格较贵,一般在贮能量小的情况下使用。 现有的蓄电池贮能密度较低,难以满足大容量、长时间贮存电能的要求。新近开发的蓄电池有银锌电池、 钾电池、钠硫电池等。某些金属或合金在极低温度下成为超导体,理论上电能可以在一个超导无电阻的线圈内贮存无限长的时间。这种超导贮能不经过任何其它能量转换直接贮存电能,效率高,起动迅速,可以安装在任何地点,尤其是消费中心周围,不产生任何污染,但目前超导贮能在技术上尚不成熟,需要继续研究开发。

  氢能贮存

  氢可以大量、长时间贮存。它能以气相、液相、固相(氢化物)或化合物(如氨、甲醇等)形式贮存。 气相贮存:贮氢量少时,可以采用常压湿式气柜、高压容器贮存;大量贮存时,可以贮存在地下贮仓、由不漏水土层覆盖的含水层、盐穴和人工洞穴内。 液相贮存:液氢具有较高的单位体积贮氢量,但蒸发损失大。将氢气转化为液氢需要进行氢的纯化和压缩,正氢-仲氢转化,最后进行液化。液氢出产过程复杂,成本高,目前主要用作火箭策动机燃料。 固相贮氢:操作金属氢化物固相贮氢,贮氢密度高,安全性好。目前,基本能满足固相贮氢要求的材料主要是稀土系合金和钛系合金。金属氢化物贮氢技术研究已有30余年历史,取得了不少成果,但仍有许多课题有待研究解决。我国对金属氢化物贮氢技术进行了多年研究,取得一些成果,目前研究开发工作正在深入。

  机械能贮存

  太阳能转换为电能,鞭策电动水泵将低位水抽至高位,便能以位能的形式贮存太阳能;太阳能转换为热 能,鞭策热机压缩空气,也能贮存太阳能。但在机械能贮存中最受人关注的是飞轮贮能。早在50年代有人提出操作高速旋转的飞轮贮能设想,但一直没有冲破性进展。近年来,由于高强度碳纤维和玻璃纤维的呈现,用其制造的飞轮转速大大提高,增加了单位质量的动能贮量;电磁悬浮、超导磁浮技术 的成长,结合真空技术,极大地降低了摩擦阻力和风力损耗;电力电子的新进展,使飞轮电机与系统的能量交换更加灵活。所以,比来飞轮技术已成为国际上研究热点,美国有20多个单位从事这项研究工作,已研制成贮能20kWh飞轮,正在研制5MWh~100MWh超导飞轮。我国已研制成贮能0.3kwh的小型尝试飞轮。 在太阳能光伏发电系统中,飞轮可以代替蓄电池用于蓄电。

  4.4  太阳

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